JP2013147399A - セメント組成物、及びセメント系硬化体 - Google Patents

Abstract

【課題】施工温度や養生温度が異なる場合においても、初期材齢における長さ変化率がほぼ同じである、圧縮強度が３０〜６０Ｎ／ｍｍ^２のセメント系硬化体を製造することができるセメント組成物を提供する。
【解決手段】モリブデンの含有量が３０ｍｇ／ｋｇ以下であるポルトランドセメントと、骨材と、水と、膨張材および収縮低減剤の少なくともいずれか一方とを含むことを特徴とするセメント組成物。該セメント組成物を硬化してなるモルタルまたはコンクリート。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメント組成物、及びセメント系硬化体（モルタル、及びコンクリート）に関する。

従来から、乾燥収縮または自己収縮を低減する目的で、セメント組成物に膨張材を配合することが知られている。しかし、膨張材を添加したセメント組成物を硬化してなるセメント系硬化体（コンクリート、およびモルタル等）は、同一配合のセメント組成物であっても施工温度や養生温度が異なる場合に、初期材齢におけるセメント系硬化体の膨張量が異なるため、長さ変化率が大きく異なってしまうという問題があった。このようなセメント系硬化体では、施工温度や養生温度に応じて膨張材の配合量等を変える必要があり手間がかかるものであった。
この問題を解決するために、特許文献１には、セメントと、減水剤と、細骨材と、粗骨材と、収縮低減剤と、膨張材と、水を含み、収縮低減剤／セメント比が０．１〜２．０重量％、膨張材／セメント比が３．０〜１０重量％であり、４０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を発現する高性能コンクリートが記載されている。

特開２００３−１９２４１４号公報

上記特許文献１に記載された技術は、膨張材と収縮低減剤を併用する必要があるとともに、４０Ｎ／ｍｍ^２以上の圧縮強度を発現する高性能コンクリートを対象とするものであった。
そこで本発明の目的は、膨張材および収縮低減剤の少なくともいずれか一方を配合したセメント組成物であって、施工温度や養生温度が異なる場合においても、初期材齢における長さ変化率がほぼ同じであるセメント系硬化体（特に圧縮強度が３０〜６０Ｎ／ｍｍ^２のセメント系硬化体）を製造することができるセメント組成物を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、従来用いられてきたポルトランドセメントよりもモリブデン含有量が少ないポルトランドセメントと、膨張材および収縮低減剤の少なくともいずれか一方と、骨材と、水とを含むセメント組成物によれば、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［３］を提供するものである。
［１］モリブデンの含有量が３０ｍｇ／ｋｇ以下であるポルトランドセメントと、膨張材および収縮低減剤の少なくともいずれか一方と、骨材と、水とを含むことを特徴とするセメント組成物。
［２］前記［１］に記載のセメント組成物を硬化してなるモルタル。
［３］前記［１］に記載のセメント組成物を硬化してなるコンクリート。

本発明のセメント組成物によれば、施工温度や養生温度が異なる場合においても、初期材齢における長さ変化率がほぼ同じであるセメント系硬化体（特に圧縮強度が３０〜６０Ｎ／ｍｍ^２のセメント系硬化体）を製造することができる。
また、本発明のセメント組成物によれば、得られるセメント系硬化体の長期材齢における収縮率を小さくすることができる。

本発明のセメント組成物はポルトランドセメントと、膨張材および収縮低減剤の少なくともいずれか一方と、骨材と、水とを含む。以下、詳細に説明する。
本発明で用いられるポルトランドセメントとしては、普通、早強、中庸熱、低熱ポルトランドセメント等の各種ポルトランドセメントが挙げられる。中でも、コストや汎用性等の観点から、普通ポルトランドセメントが好ましい。
上記ポルトランドセメントに含まれるモリブデンの含有量は、３０ｍｇ／ｋｇ以下、好ましくは１〜２０ｍｇ／ｋｇ、より好ましくは２〜１５ｍｇ／ｋｇ、特に好ましくは３〜１０ｍｇ／ｋｇである。
モリブデンの含有量が３０ｍｇ／ｋｇを超えると、施工温度や養生温度が異なる場合に、初期材齢（通常１〜７日程度）における長さ変化率が大きく異なるおそれがある。
ここで、長さ変化率とは、（セメント系硬化体の変化後の長さ−セメント系硬化体の変化前の長さ）／（セメント系硬化体の変化前の長さ）によって表される。
セメント組成物１ｍ^３中のポルトランドセメントの配合量は、好ましくは２００〜６００ｋｇ／ｍ^３である。
該配合量が２００ｋｇ／ｍ^３未満の場合、得られるセメント系硬化体の強度が不足するおそれがある。該配合量が６００ｋｇ／ｍ^３を超えると、施工温度や養生温度が異なる場合に、セメント系硬化体の初期材齢における長さ変化率が大きく異なるおそれがある。また、得られるセメント系硬化体の長期材齢における収縮率が大きくなるおそれがある。

本発明で用いられる膨張材としては、カルシウムサルホアルミネート系膨張材や石灰系膨張材等が挙げられ、マスコン用水和熱抑制タイプや通常タイプのいずれも使用することができる。セメント組成物１ｍ^３中の膨張材の配合量は、好ましくは１０〜４０ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは１５〜３０ｋｇ／ｍ^３である。
膨張材の配合量を上記範囲内とすることにより、施工温度や養生温度が異なる場合であっても、セメント系硬化体の初期材齢における長さ変化率をほぼ同じにすることができる。
膨張材の配合量が１０ｋｇ／ｍ^３未満の場合、膨張材の収縮応力低減効果そのものが小さくなるおそれがある。該配合量が４０ｋｇ／ｍ^３を超えると、膨張量が大きすぎてセメント系硬化体の強度が低下するおそれがある。
また、膨張材のブレーン比表面積（粉末度）は、好ましくは２０００ｃｍ^２／ｇ以上、より好ましくは３０００〜６０００ｃｍ^２／ｇである。該ブレーン比表面積を上記範囲内とすることで、施工温度や養生温度が異なる場合であっても、セメント系硬化体の初期材齢における長さ変化率をほぼ同じにすることができる。また、該ブレーン比表面積が６０００ｃｍ^２／ｇを超えると粉砕に時間がかかりコストが高くなる。該ブレーン比表面積が２０００ｃｍ^２／ｇ未満では、施工温度や養生温度が異なる場合に、セメント系硬化体の初期材齢における長さ変化率が大きく異なるおそれがある。また、得られるセメント系硬化体にポップアウトや強度低下が生じたり、長期材齢における収縮率が大きくなってしまうおそれがある。

本発明で用いられる収縮低減剤としては、水に溶解してその表面張力を低下させる作用を有するものであれば特に限定されない。中でも、化学式；ＲＯ（ＡＯ）_ｎＨで示される低級アルコールのアルキレンオキサイド付加物が好ましい。
ここで、上記化学式中のＲは、炭素数４〜６のアルキル基である。具体的には、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｉｓｏ−ペンチル基、またはｔｅｒｔ−ペンチル基等が挙げられる。また、上記化学式中のＡは、炭素数２〜３のアルキレン基である。具体的には、エチレン基またはプロピレン基等が挙げられる。さらに、上記化学式中のｎは、１〜１０の整数である。
上記化学式で示される低級アルコールのアルキレンオキサイド付加物の中でも好ましいものは、ｎ−ブチルアルコールのプロピレンオキサイド（付加モル数２）／エチレンオキサイド（付加モル数３）付加物である。具体的には、市販品として太平洋マテリアル株式会社製の「太平洋テトラガードＡＳ２１」が挙げられる。
セメント組成物１ｍ^３中の収縮低減剤の配合量は、好ましくは２〜１５ｋｇ／ｍ^３、より好ましくは３〜１０ｋｇ／ｍ^３である。
収縮添加剤の配合量を上記範囲内とすることにより、施工温度や養生温度が異なる場合であっても、セメント系硬化体の初期材齢における長さ変化率をほぼ同じにすることができる。
収縮低減剤の配合量が、２ｋｇ／ｍ^３未満の場合、施工温度や養生温度が異なる場合に、セメント系硬化体の初期材齢における長さ変化率が大きく異なるおそれがある。該配合量が１５ｋｇ／ｍ^３を超えると、凝結遅延が生じるおそれがあり、また、コストが高くなる。
なお、収縮低減剤は水の一部と置き換えて使用することが好ましい。
膨張材および収縮低減剤は少なくともいずれか一方が配合されていればよいが、長期材齢における収縮低減効果の観点から膨張材および収縮低減剤の両方を含むことが好ましい。

本発明で用いられる骨材としては、細骨材のみ、又は細骨材と粗骨材を併用することができる。
細骨材としては、川砂、陸砂、海砂、砕砂、軽量骨材、重量骨材又はこれらの混合物を使用することができる。
粗骨材としては、川砂利、山砂利、海砂利、砕石、軽量骨材、重量骨材又はこれらの混合物を使用することができる。
ここで、重量骨材としては、磁鉄鉱、赤鉄鉱、及び砂鉄等の天然の重量骨材の他に、廃棄物の再利用の観点から、例えば、特許第４０４４９５６号公報、及び特許第４１６６２６９号公報に記載されている主要構成成分としてＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、及び金属鉄の少なくともひとつを含む重量細骨材、特許第４２９５４２号公報に記載されている鋼スラブ表面の溶削処理工程で発生するホットスカーフからなる重量細骨材、及び製鋼過程で発生するダストを含む廃棄物を溶融、冷却して製造された人工石材を含む重量細骨材または粗骨材、特許第４２９５３４３号公報に記載されている製鋼の圧延工程で発生するミルスケールを含む重量細骨材等を挙げることができる。
本発明のセメント組成物を硬化させてなるセメント系硬化体を、放射線遮蔽部材や放射性廃棄物保管用容器に使用する場合には、放射線の遮蔽効果の観点から、重量骨材を使用することが好ましい。
なお、細骨材と粗骨材を併用する場合、細骨材率は３０〜６０％とすることが好ましい。

水は、水道水等を使用することができる。
本発明において、セメント及び膨張材の合計量（１００質量％）に対する水及び収縮低減剤の配合比（本明細書中「水結合材比」と略すことがある。）は、好ましくは３０〜７０質量％、より好ましくは４０〜６０質量％である。
水結合材比が３０質量％未満の場合、ワーカビリティが悪くなるので好ましくない。水結合材比が７０質量％を超えると乾燥収縮が大きくなるため好ましくない。
また、本発明のセメント組成物には、減水剤として、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤又は高性能ＡＥ減水剤を使用することができる。減水剤（固形分換算）／セメントの質量比は好ましくは０．１〜３．０％である。該質量比が０．１％未満ではワーカビリティが悪くなるので好ましくない。該質量比が３．０％を超えても、ワーカビリティはそれほど向上せず、コストが高くなるので好ましくない。
さらに、必要に応じて、支障のない範囲内で、空気連行剤、消泡剤、増粘剤等を使用してもよい。

本発明のセメント組成物の混練方法や混練装置は、特に限定するものではなく、慣用の方法で、慣用のミキサで混練すれば良い。また、養生方法も特に限定するものではない。

本発明のセメント組成物を用いることによって、圧縮強度が３０〜６０Ｎ／ｍｍ^２のセメント系硬化体を製造することができる。
また、本発明のセメント組成物を硬化させてなるセメント系硬化体（コンクリート及びモルタル等）は、施工温度や養生温度が異なる場合であっても初期材齢における長さ変化率をほぼ同じにすることができる。また、該セメント系硬化体は、長期材齢における収縮率が小さいため、鉄筋量が多いコンクリート構造物や部材、さらには、放射線遮蔽部材や放射性廃棄物保管容器等に好適に使用することができる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
使用材料としては、以下に示す材料を使用した。
（１）セメントＡ；普通ポルトランドセメント（モリブデン含有量７ｍｇ／ｋｇ）
（２）セメントＢ；普通ポルトランドセメント（モリブデン含有量３５ｍｇ／ｋｇ）
（３）膨張材；太平洋マテリアル株式会社製「ハイパーエクスパン」（石灰系膨張材）
（４）ＡＥ減水剤；ＢＡＳＦポゾリス株式会社製「ポゾリスＮｏ．７０」
（５）細骨材；静岡県産陸砂（表乾比重：２．６０）
（６）粗骨材；茨城県産砕石（表乾比重：２．６４）
（７）高性能収縮低減剤；太平洋マテリアル株式会社製「太平洋テトラガードＡＳ２１」（８）水；水道水
［実施例１］
上記材料を使用し、表１に示す配合に従ってコンクリートを混練した。混練は、２軸強制練りミキサを用いて、各材料を一括してミキサに投入して、１２０秒間混練した。
上記施工（混練を含む）および養生は１０℃、２０℃、または３０℃の条件下で行い、各施工および養生温度条件におけるコンクリートの長さ変化率を「ＪＩＳ Ａ ６２０２（コンクリート用膨張材）参考１（膨張コンクリートの拘束膨張及び収縮試験方法）」に準じて測定を行った。各施工および養生温度条件における材齢１日、３日及び７日の長さ変化率を表２に示す。また、施工および養生温度が２０℃における材齢１８２日の長さ変化率も表２に示す。なお、表２中の「長さ変化率」の符号のマイナス（−）は、長さが短くなったこと（収縮したこと）を示す。
さらに、２０℃で混練を行ったコンクリートをΦ１０×２０ｃｍの型枠を用いて成形した。成形後、２０℃で１日間、型枠内で養生して脱型した。その後、２０℃で材齢２８日まで水中養生し、「ＪＩＳ Ａ １１０８（コンクリートの圧縮強度試験方法）」に準じて圧縮強度を測定したところ、材齢２８日における圧縮強度は４５Ｎ／ｍｍ^２であった。

［実施例２］
上記材料を使用し、表１に示す配合に従ってコンクリートを混練し、実施例１と同様にして２０℃におけるコンクリートの長さ変化率を測定した。結果を表２に示す。
さらに、２０℃で混練を行ったコンクリートを実施例１と同様にして、材齢２８日における圧縮強度を測定したところ、圧縮強度は４５Ｎ／ｍｍ^２であった。

［実施例３］
上記材料を使用し、表１に示す配合に従ってコンクリートを混練し、実施例１と同様にして各施工および養生温度条件におけるコンクリートの長さ変化率を測定した。結果を表２に示す。
さらに、２０℃で混練を行ったコンクリートを実施例１と同様にして、材齢２８日における圧縮強度を測定したところ、圧縮強度は３５Ｎ／ｍｍ^２であった。

［比較例１］
上記材料を使用し、表１に示す配合に従ってコンクリートを混練し、実施例１と同様にして各施工および養生温度条件におけるコンクリートの長さ変化率を測定した。結果を表２に示す。

本発明のセメント組成物を使用したコンクリートでは、施工・養生温度が異なる場合であっても初期材齢における長さ変化率がほぼ同じである。また、長期材齢での収縮率を小さくすることができる。

Claims (3)

1. モリブデンの含有量が３０ｍｇ／ｋｇ以下であるポルトランドセメントと、膨張材および収縮低減剤の少なくともいずれか一方と、骨材と、水とを含むことを特徴とするセメント組成物。
2. 請求項１に記載のセメント組成物を硬化してなるモルタル。
3. 請求項１に記載のセメント組成物を硬化してなるコンクリート。